首个可编程光学量子存储器问世

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德国帕德博恩大学和乌尔姆大学研究人员合作，开发出首个可编程光学量子存储器。新技术的工作原理类似于纠缠“装配线”，其中纠缠的光子对会按顺序创建并与存储的光子结合。该研究作为“编辑推荐”发表在最新一期《物理评论快报》杂志上。
今年，诺贝尔物理学奖颁发给在量子纠缠实验方面具有重要贡献的3名科学家。量子纠缠是指在量子力学中处于纠缠态的两个或多个粒子，即便分开很远距离，有些状态也会表现得像是一个整体。而能包含多个量子粒子的纠缠系统，在实现量子算法方面具有显著优势，这些算法有可能用于通信、数据安全或量子计算。
但以前，试图纠缠两个以上的粒子只会导致非常低效的纠缠产生。在某些情况下，如果研究人员想要将两个粒子与其他粒子联系起来，则需要漫长的等待，因为促进这种纠缠的互连仅以有限的概率起作用。这意味着一旦下一个合适的粒子到达，光子就不再是实验的一部分，因为存储量子比特状态代表了一项重大的实验挑战。
研究人员解释说：“我们现在开发了一种可编程的光学缓冲量子存储器，它可在不同的模式——存储模式、干涉模式和最终释放模式之间动态地来回切换。”
在实验装置中，一个小的量子态可被存储，直到产生另一个状态，然后两者可纠缠在一起。这使得一个大的、纠缠的量子态能够逐个粒子地“成长”。研究团队使用这种方法来纠缠4个和6个粒子，使其比以前的任何实验都更有效率，成功率分别是传统方法的9倍和35倍。
研究人员解释说：“我们的系统允许逐渐建立越来越大的纠缠态——这比以前的任何方法都更快、更可靠、更有效。对我们来说，这代表了一个里程碑，使我们离有用的量子技术的大型纠缠态的实际应用越来越近了。”新方法可与所有常见的光子对源相结合，这意味着利用该方法，其他领域科学家也能够获得帮助。
因为今年的诺贝尔物理学奖，量子纠缠的概念也在普通公众中火了一把。这种幽灵般的超距作用，不仅可以被观察到，也可以被制备出来。量子信息研究兴起以来，实现多粒子量子纠缠一直是量子物理实验研究的追求之一。此前，中国科学家在这方面也取得了许多成绩。本文介绍了一种实验装置，可以相对快速地“生长”出纠缠的量子，形成多个量子的纠缠态。实现更大的量子纠缠，能为将来稳定地保存、传输和操纵量子，实现量子计算和量子通信打牢基础。